슬립링
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1. 개요
슬립링은 회전 장치에 고정된 와이어에서 전류 또는 신호를 전달하기 위한 전기 커넥터이다. 회전하는 금속 링과 고정된 브러시를 사용하여 전기적 연결을 제공하며, 다양한 유형과 크기로 제작된다. 슬립링은 회전부 장착 방식에 따라 끝단형과 중공형, 접점 방식에 따라 접촉식과 비접촉식으로 나뉜다. 최근에는 무선 슬립링 기술도 개발되었다. 슬립링은 크레인, 전동기, 발전기, 감시 카메라, 로봇 등 다양한 분야에 사용되며, 컬렉터 링, 회전 전기 접점, 전기 슬립 링 등으로 불리기도 한다.
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2. 종류
회전부 장착방식에 따라서 끝단형(회전부의 끝단에 연결장착하는 방식)과 중공형(베어링처럼 슬립링 중앙부분에 hole이 있어 회전축에 끼워 장착하는 방식)으로 나뉜다.
접점방식에 따라 흑연 또는 합금 소재를 사용하는 접촉식 방식과 수은 또는 액체형 금속류를 사용하여 접촉하는 비접촉식 방식으로 나뉜다.
슬립 링은 다양한 유형과 크기로 제작된다. 예를 들어, 극장 무대 조명용으로 제작된 장치는 100개의 도체를 가지고 있었다.[6] 슬립 링은 연결된 물체의 무제한 회전을 가능하게 하는 반면, 느슨한 케이블은 몇 번만 꼬아도 묶여 회전을 제한할 수 있다.
팬케이크 슬립링[9]은 회전축을 중심으로 하는 동심원 링으로 평평한 디스크에 도체를 배치한다. 이러한 구성은 동일한 회로에 대해 더 큰 무게와 부피, 더 큰 커패시턴스 및 누화, 더 큰 브러시 마모를 가지며, 수직 축에서 마모된 부스러기를 더 쉽게 수집한다. 그러나 팬케이크는 회로 수에 대해 축 방향 길이가 짧기 때문에 일부 응용 분야에 적합할 수 있다.
2. 1. 회전부 장착 방식
회전부 장착 방식에 따라 슬립링은 끝단형과 중공형으로 나뉜다. 끝단형은 회전부의 끝단에 연결 장착하는 방식이다. 중공형은 베어링처럼 슬립링 중앙 부분에 구멍(hole)이 있어 회전축에 끼워 장착하는 방식이다.접점 방식에 따라서는 흑연 또는 합금 소재를 사용하는 접촉식 방식과 수은 또는 액체형 금속류를 사용하여 접촉하는 비접촉식 방식으로 나뉜다.
2. 2. 접점 방식
슬립링은 회전부 장착 방식에 따라 끝단형과 중공형으로 나뉜다. 끝단형은 회전부의 끝단에 연결 장착하는 방식이고, 중공형은 베어링처럼 슬립링 중앙 부분에 hole이 있어 회전축에 끼워 장착하는 방식이다.접점 방식에 따라 흑연 또는 합금 소재를 사용하는 접촉식 방식과 수은 또는 액체형 금속류를 사용하여 접촉하는 비접촉식 방식으로 나뉜다. 수은-습식 슬립 링은 낮은 저항과 안정적인 연결로 유명하며 접점에 분자적으로 결합된 액체 금속 풀을 사용하여 슬라이딩 브러시 접점을 대체하는 다른 원리를 사용한다.[7] 회전하는 동안 액체 금속은 고정 및 회전 접점 간의 전기적 연결을 유지한다. 그러나 수은은 독성 물질이므로 적절하게 취급하지 않으면 안전 문제를 야기할 수 있다. 또한 슬립 링 장치는 수은이 약 -40 °C에서 고체화되므로 온도에 제한된다.[8]
팬케이크 슬립링[9]은 회전축을 중심으로 하는 동심원 링으로 평평한 디스크에 도체를 배치한다. 이러한 구성은 동일한 회로에 대해 더 큰 무게와 부피, 더 큰 커패시턴스 및 누화, 더 큰 브러시 마모를 가지며, 수직 축에서 마모된 부스러기를 더 쉽게 수집한다. 그러나 팬케이크는 회로 수에 대해 축 방향 길이가 짧기 때문에 일부 응용 분야에 적합할 수 있다.
2. 3. 무선 슬립 링 (Wireless slip rings)
무선 슬립 링은 슬립 링 발명 이후 사용되어 온 일반적인 마찰 기반 금속 및 탄소 브러시 접촉 방식에 의존하지 않는다. 대신, 회전하는 수신기에 배치된 코일과 고정된 송신기에 의해 생성된 자기장을 통해 전력과 데이터를 무선으로 전송한다.[10] 무선 슬립 링은 기존 슬립 링의 업그레이드 또는 대안으로 간주된다. 표준 기계적 회전 부품이 없기 때문에 일반적으로 가혹한 작동 환경에서 더 탄력적이고 유지 보수가 덜 필요하기 때문이다. 그러나 코일 간에 전송할 수 있는 전력량은 제한적이다. 일반적으로 기존 접촉식 슬립 링은 동일한 부피에서 훨씬 더 많은 전력을 전송할 수 있다.회전부 장착방식에 따라서 끝단형(회전부의 끝단에 연결장착하는 방식)과 중공형(베어링처럼 슬립링 중앙부분에 hole이 있어 회전축에 끼워 장착하는 방식)으로 나뉜다.
접점방식에 따라 흑연 또는 합금 소재를 사용하는 접촉식 방식과 수은 또는 액체형 금속류를 사용하여 접촉하는 비접촉식 방식으로 나뉜다.
3. 구성
슬립링은 회전 장치에 고정된 와이어에서 전류 또는 신호를 전달하기 위한 전기 커넥터이다.[1][2]
일반적으로 슬립 링은 회전하는 금속 링의 바깥 지름을 문지르는 고정된 흑연 또는 금속 접촉부(브러시)로 구성된다. 금속 링이 회전하면, 전기 전류 또는 신호가 고정된 브러시를 통해 금속 링으로 전달되어 연결이 이루어진다. 둘 이상의 전기 회로가 필요한 경우, 추가적인 링/브러시 어셈블리가 회전축을 따라 쌓인다. 브러시 또는 링 중 하나는 고정되어 있고 다른 구성 요소가 회전한다.[1][2]
이러한 디자인은 수십 년 동안 회전 장치에 전류를 전달하는 기본적인 방법으로 사용되어 왔다.
4. 역사
슬립링의 기본 원리는 19세기 후반, 초기 전기 실험과 전기 발전기 및 모터 개발 시기에 처음 사용되었을 때로 거슬러 올라간다. 산업 혁명이 도래하고 전력 수요가 증가하면서 슬립링 기술도 발전하기 시작했다. 터빈 및 발전기와 같은 대규모 전기 기계의 필수 부품이 되었으며, 기계의 일부가 지속적으로 회전해야 하는 기계에서 전력과 신호를 전송할 수 있게 되었다.
1970년대부터 1990년대 초반까지는 단순한 전원을 공급하는 목적으로 많이 사용하여 흑연 타입의 저가형 슬립링이 주를 이루었으나, 불량 및 유지보수의 어려움과 미세 신호 종류의 증가(고사양 아날로그 신호, 고속의 디지털 신호 등)로 특수 귀금속 합금류(Gold, Silver Alloy)를 사용한 고품질의 접점 방식으로 변화하는 추세이다.
2000년대 이후엔 위성통신망 사용의 대중화로 고주파수 대역 전송을 위한 RFRJ(Radio Frequency Rotary Joint)와 광통신 전송을 위한 FORJ(Fiber Optic Rotary Joint)의 수요도 꾸준히 증가하고 있다.
5. 기술 발전
1970년대부터 1990년대 초반까지는 단순 전원 공급을 목적으로 흑연 타입의 저가형 슬립링이 주로 사용되었다. 그러나 불량 및 유지보수의 어려움과 미세 신호 종류(고사양 아날로그 신호, 고속 디지털 신호 등)의 증가로 특수 귀금속 합금(Gold, Silver Alloy)을 사용한 고품질 접점 방식으로 변화하는 추세이다.
2000년대 이후에는 위성통신망 사용 대중화로 고주파수 대역 전송을 위한 RFRJ(Radio Frequency Rotary Joint)와 광통신 전송을 위한 FORJ(Fiber Optic Rotary Joint)의 수요도 꾸준히 증가하고 있다.
6. 용도
슬립링은 선회식 크레인이나 굴삭기, 전동기나 발전기의 계자 여자 등에 사용된다.[11] 초기 비디오 테이프 레코더의 회전 헤드에도 사용되었으며, 감시 카메라나 로봇의 관절 부분에도 사용된다.[11]
변압기의 1차 측과 2차 측에 교류의 자계를 통해 전력이나 신호를 비접촉으로 보내는 방법도 있으며, 이는 비디오 테이프 레코더나 DAT의 로터리 헤드에 사용되고 있다.
7. 다른 명칭
슬립 링은 컬렉터 링, 회전 전기 접점, 전기 슬립 링 등으로도 불린다.[3] 정류자라는 용어를 사용하기도 하지만, 정류자는 DC 모터와 발전기에 사용하도록 특화되어 있어 슬립 링과는 다소 차이가 있다.[3] 정류자는 분할되어 있는 반면, 슬립 링은 연속적이며, 두 용어는 상호 교환하여 사용할 수 없다.[3] 회전 변압기는 고속 또는 저마찰 환경에서 슬립 링 대신 자주 사용된다.[3]
슬립 링은 로터리 유니온 내에서 장치와 동시에 작동하도록 사용될 수 있으며, 이는 일반적으로 로터리 조인트라고 한다.[4] 슬립 링은 로터리 유니온이 유체 매체에 대해 수행하는 것과 동일한 기능을 전기 전력 및 신호에 대해 수행한다.[4] 슬립 링은 회전 유니온이 제공하는 매체와 함께 회전 기계로 전력 및 데이터를 송수신하기 위해 종종 로터리 유니온에 통합된다.[4]
8. 관련 기술
참조
[1]
웹사이트
Cobham plc :: Aerospace and Security, Aerospace Communications, Annemasse
http://www.cobham.co[...]
Cobham.com
2011-02-13
[2]
웹사이트
how slip rings work
http://www.uea-inc.c[...]
Uea-inc.com
2011-09-02
[3]
웹사이트
Slip Ring Glossary
http://www.moflon.co[...]
PeterLaper
2013-01-24
[4]
웹사이트
Slip Ring definition
http://rotarysystems[...]
2013-03-01
[5]
웹사이트
americansliprings
https://www.american[...]
[6]
서적
Mechanical design for the stage
Focal Press
2008
[7]
웹사이트
mercotac
http://www.mercotac.[...]
[8]
웹사이트
Frequently Asked Slip Ring Questions
http://www.moog.com/[...]
Moog.com
2009-06-23
[9]
서적
Spacecraft systems engineering
John Wiley and Sons
2003
[10]
뉴스
Slip Rings {{!}} How Does a Slip Ring Work • PowerbyProxi
http://powerbyproxi.[...]
2016-11-24
[11]
웹사이트
スリップリング
http://www.tbm-japan[...]
ツバメ無線株式会社
2017-05-27
[12]
문서
슬립링
글로벌 세계 대백과
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